火力発電所の出力に関する試験問題対策についてまとめました。
火力発電の電力
- 発電端電力 $P_g$
- 発電機で発電された電力
- 送電端電力 $P_s$
- 外部へ送電する電力
- 所内電力 $P_L$
- 発電所内で使用する電力。発電端電力 $P_G$ の一部を使用するため以下の関係式が成り立つ。
- $P_G = P_S + P_L$ が成り立つ。
- 所内率 $L$[%]
- 発電端電力 $P_g$ に対する所内電力 $P_L$ の割合。
- $L=\frac{P_L}{P_g}\times 100$ 及び $P_s=P_g(1-L)$ が成り立つ。
- 電力量[kW・h]と熱量[J]の変換
- 1[W⋅s]=1[J] ← 重要
- 1[W⋅s]は1[W]の電力で1秒間運転した時の電力量。
- 1[kW⋅s]は1[kW]の電力で1秒間運転した時の電力量。
- 1[kW⋅h]は1[kW]の電力で1時間運転した時の電力量。
- 1[kW⋅h]=3600[kW⋅s]=3600[kJ]。← 重要
- 1[kW]=3600[kJ/h]。← 重要
- 火力発電の各種効率
- 火力発電機の熱効率 $\eta=\frac{3600P_T}{BH}$
- 「燃料の保有熱量」と「タービン出力（熱量換算値）」の比。
- 1時間で消費した燃料の発熱量BH[kJ]
- 燃料の発熱量H[kJ/kg]
- 1時間あたりの燃料消費量B[kg/h]
- 1時間あたりのタービンで出力した熱量:$3600P_T$[kJ]
- 1時間あたりのタービン出力の平均値$P_T$[kW]
- 1[kW⋅h]は1[kW]の電力で1時間運転した時の電力量。
- 1[W⋅s]=1[J] なので、1[kW⋅h]=3600[kW⋅s]=3600[kJ]。
- ボイラ効率 $\eta_B=\frac{Z(h_s-h_w)}{BH}$
- 「燃料の保有熱量」と「ボイラで発生した蒸気の熱量」の比。
- 高いほど、水を効率よく蒸気に変換できたことを示す。
- 1時間あたりのボイラで発生した蒸気の熱量$Z(h_s-h_w)$[kJ/h]
- ボイラ出口の蒸気の比エンタルピー$h_s$[kJ/kg]
- ボイラ入口の給水の比エンタルピー$h_w$[kJ/kg]
- 1時間あたりの蒸気・給水の流量Z[kg/h]
- タービン効率 $\eta_t=\frac{3600P_T}{Z(h_s-h_t)}$
- 「タービンで消費した熱量」と「タービン出力」の比。
- 高いほど、蒸気エネルギーを発電機の回転エネルギーに効率よく変換できたことを示す。
- 1時間あたりのタービンで消費した蒸気の熱量$Z(h_s-h_t)$[kJ/h]
- ボイラ出口の蒸気の比エンタルピー$h_s$[kJ/kg]
- タービンの排気の比エンタルピー$h_t$[kJ/kg]
- タービン室効率 $\eta_T=\frac{3600P_T}{Z(h_s-h_t)}$
- 「ボイラで発生した蒸気の熱量」と「タービン室の出力」の比。タービン室効率はタービンと復水器が一つのユニットとして考えています。
- 発電機効率 $\eta_g=\frac{P_G}{P_T}$
- 「タービンの出力」と「発電機の出力」の比。
- 発電端熱効率 $\eta_p=\eta_B\eta_T\eta_G=\frac{P_g\times 3600}{BH}$
- 「燃料の保有熱量」と「発電機の出力」の比。「ボイラ効率 × タービン室効率 × 発電機効率」で表すことができる。
- 送電端効率 $\eta_s=\frac{3600(P_G-P_L)}{BH} =\frac{3600P_s}{BH} =\eta_p(1-L)$
- 「ボイラで使用した燃料の保有熱量」と「送電端電力(発電所の出力)」の比。
- 火力発電機の熱効率 $\eta=\frac{3600P_T}{BH}$
- エンタルピー ［KJ］
- 熱エネルギーと仕事のエネルギーを持った物体のエネルギーを表す指標。
- 比エンタルピー $h[KJ/Kg]$
- 単位重量当たりのエンタルピー。
- 復水器の損失
- 復水器は、蒸気（気体）を水（液体）に戻し、体積を激減させて復水器内を真空に近い状態にします。これにより、蒸気をタービンの入口から出口（復水器入口）に向けて流すことができ、熱効率が向上しますが、同時に蒸気を水に戻すために捨てられる熱量（損失）も大きくなります(最も大きなエネルギー損失が生じるのが復水器)｡つまり、復水器の損失とは「復水器の冷却水が持ち去る熱量」を意味します。
- 1秒間に復水器の冷却水が持ち去る熱量 $\Delta Q[kJ/s]$
- $ \Delta Q = \rho \Delta Vc \Delta T $
- 1秒間の冷却水の流量 $\Delta V[m^3/S]$
- 比熱 $ c [kJ/(kg \cdot K)]$
- 冷却水の密度 $ \rho [kg/m^3]$
- 冷却水の温度上昇 $\Delta T[K]$
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